KR20120063280A - 조강 특성을 발휘하는 이산화탄소 저감형 고기능성 결합재 조성물 - Google Patents
조강 특성을 발휘하는 이산화탄소 저감형 고기능성 결합재 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보통포틀랜드 시멘트(portland cement), 고로슬래그(blast furnace slag) 미분말, 플라이애시(fly ash), 소석회, 칼슘설포알루미네이트(4CaO3Al2O3SO3)계 화합물(CSA)과 이형무수석고(CaSO4)를 포함하는 혼합물, 클링커 더스트(clinker dust) 및 인산염 마그네시아(magnesia)를 포함하는 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 결합재 조성물은 비소성 물질과 같은 산업부산물을 다량 함유하고 시멘트 사용량을 최소화하고 시멘트 제조공정에서 발생하는 산업부산물인 클링커 더스트와 조강특성을 발휘하는 결합재를 사용함으로써 시멘트 사용량 저감에 따른 콘크리트 강도 저하를 큰 폭으로 개선하면서 시멘트 제조시 발생하는 CO2 발생량을 억제함에 따라 환경보존에 주요한 역할을 하는 친환경적 조성물로서 조강 특성을 발휘하며 저발열 및 내염해성이 우수한 콘크리트용 고기능성 결합재 조성물로 사용가능하다.
Description
본 발명은 본 발명은 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다.
최근 정부는 저탄소 녹색성장을 국가의 새로운 비전으로 제시한 바 있다. 녹색성장이란 지금까지는 상반된 가치라 인식해 왔던 환경보존과 경제성장 두 가지 가치를 동시에 추구한다는 것으로 그 핵심은 경제성장을 추구하되 자원이용과 환경오염을 최소화하고, 이를 다시 경제성장의 동력으로 활용하는 선순환구조를 창출하는데 있다.
세계적으로 온실효과 가스에 의한 지구온난화나 천연자원 고갈 등의 환경문제가 활발하게 논의되고 있는데 특히, 2007년에 발행된 IPCC 제4차 평가보고서에서는 지구온난화는 확실히 진행되며, 이것들은 산업혁명 이후의 화석연료에 유래하는 CO2 배출량의 증가 등 인류의 활동에 기인하고 있다고 단정하고, 나아가 산업혁명 전인 1750년 이전부터의 온도상승을 2.0~4.5℃ 정도로 억제하기 위해서는 적어도 2000년 대비 50%이상 삭감할 필요가 있다는 것이 명기되어 있다.
시멘트 산업은 국가 기간산업으로 우리나라 산업발전에 크게 이바지하여 왔으나, 최근 시멘트에 존재하는 중금속이 인체에 미치는 영향에 대한 문제가 사회적으로 이슈화 되면서 시멘트라는 제품이 친환경과는 거리가 먼 것처럼 인식되어 가고 있다. 또한, 시멘트 산업은 석회석 등의 천연자원을 소성하는 프로세스로 발생하는 온실가스 배출량은 2005년도에 37.4백만 톤으로 국가전체 배출량의 6.3%를 차지하며, 시멘트 1톤 생산시 약 0.8톤의 이산화탄소가 발생하며, 그 중 60% 이상이 공정중의 석회석의 탈탄산반응에 의해 발생한다. 이에 시멘트 산업에서의 CO2 저감 노력은 크게 대체 연료 사용 확대, CO2 저감형 시멘트 제조기술 개발, 고효율 설비 도입 기술 및 CO2 포집 및 저장 등으로 구분되고 있으며, 이중 시멘트 클링커 생산량을 큰 폭으로 줄일 수 있는 혼합시멘트의 사용이 CO2 배출량 저감에 특히 유효하다 할 수 있다.
혼합시멘트에 이용되는 혼합재는 주로 고로슬래그 미분말, 플라이애시나 석회석 미분말 등이다. 혼합재의 사용은 클링커 양의 저감에 따른 CO2 배출량 저감뿐만 아니라 콘크리트의 수화열특성 개선 및 고밀도화를 통한 내화학성 및 염소이온침투 저항성 등의 내구성을 향상시키는 작용을 하며, 낮은 비중과 적절한 유변학적 특성으로 인하여 초유동 콘크리트 제조에도 적합하다.
그러나, 고로슬래그 미분말, 플라이애시와 같은 포졸란(Pozzolan) 물질은 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 반응하여 안정된 불용성화합물을 형성하나, 그 반응성이 상대적으로 매우 느려 다량으로 사용할 경우, 콘크리트의 초기강도 발현에 악영향을 미칠 수 있으며, Ca 이온 공급원인 시멘트가 일정 수준 이하일 경우 포졸란 물질의 반응성을 활성화시키지 못해 콘크리트의 강도 및 내구성을 하락시키는 원인이 될 수 있다. 또한, 콘크리트 강도 발현을 위해 과도하게 결합재 사용량을 증가시키거나, 단위수량을 감소시킬 경우, 콘크리트 점성 증가로 인한 작업성 불량 발생 및 콘크리트 원가 상승으로 인한 구조물의 경제성에 불리한 결과를 초래할 수 있어, 경제성 있는 콘크리트 제조 및 CO2 발생량 저감을 위한 시멘트 사용량 저감에 그 한계가 있는 것이 사실이다.
이에, 본 발명자들은 다량의 산업부산물을 사용하여 시멘트 사용량을 획기적으로 저감한 친환경적 고기능성 결합재 조성물을 개발하고자 노력하던 중, 인산염 마그네시아와 칼슘설포알루미네이트계 화합물 및 이형무수석고 혼합물을 일정범위로 첨가할 경우, 다량의 산업부산물 사용에 따른 초기강도 저하가 큰 폭으로 개선되고, 소석회 및 시멘트 제조공정시 발생하는 고분말도의 클링커 더스트를 혼합하였을 때, Ca 이온의 충분한 공급 및 필러작용에 의한 콘크리트의 조직 치밀화로 우수한 장기강도 발현과 내구성 향상이 이루어지는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 다량의 산업부산물 사용 및 시멘트 사용량 감소에 따른 콘크리트의 강도 및 내구성 저하를 상기의 특성개선제를 이용하여 개선함으로써 산업부산물의 재활용 및 시멘트 사용량 저감에 따른 CO2 발생량 저감이란 친환경적 측면뿐만 아니라, 고품질의 콘크리트를 제조하는데 사용될 수 있는 고기능성 결합재 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 보통포틀랜드 시멘트(portland cement) 10~20중량%, 고로슬래그(blast furnace slag) 미분말 30~80중량%, 플라이애시(fly ash) 5~30중량%, 소석회 1~5중량%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO?3Al2O3?SO3)계 화합물(CSA)과 이형무수석고(CaSO4)를 포함하는 혼합물 1~10중량%, 클링커 더스트(clinker dust) 1~10중량% 및 인산염 마그네시아(magnesia) 1~3중량%를 포함하는 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물에 있어서, 상기 조성물의 CSA와 이형무수석고의 중량비는 1: 1~4인 것이 바람직하고, 상기 클링커 더스트의 브레인(blaine) 비표면적은 8,000~12,000 ㎠/g, SO3 함량은 2~5중량%, K2O+Na2O 함량은 1~5중량%인 것이 바람직하고, 상기 결합재 조성물은 초기 재령 3일 후 누적수화열이 150 J/g 이하이고, 모르타르 압축강도가 재령 3일에서 20~30 MPa, 재령 28일에서 40~60 MPa 범위인 것이 바람직하다.
본 발명은 제조시 다량의 CO2를 발생하는 보통포틀랜드 시멘트의 사용량을 1~20중량%로 줄이고, 산업부산물인 고로슬래그 미분말 30~80중량%와 플라이애시 5~30 중량% 범위로 다량 사용하는 친환경적인 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다. 보통포틀랜드 시멘트 사용량 저감에 따른 강도 저하를 보상하고자 조강 특성을 발휘하는 인산염 마그네시아를 1~3중량% 포함하며, 장기강도 발현을 위해 시멘트 제조 공정시 발생하는 클링커 더스트 1~10중량%, 소석회 1~5중량%, 칼슘설포알루미네이트계 화합물과 이형무수석고의 혼합물 1~10중량%를 포함하는 CO2 저감형 고기능성 결합재 조성물에 관한 것이다.
이와 같이, 보통포틀랜드 시멘트는 10~20중량%를 함유하여야 하는데, 10중량% 이하로 포함할 경우, 콘크리트의 강도를 발현하는 주결합재의 부족과 여타 혼합물의 반응을 활성화시키는 Ca 이온의 공급원이 부족하여 콘크리트 강도발현에 문제가 발생할 수 있으며, 20중량% 이상이면 본 발명의 목적인 CO2 발생량을 저감하는 목적에 부합하지 못한다. 또한, 결합재의 수화열이 증가하여 콘크리트에 적용 시 온도균열이 발생할 수 있으며, 시멘트의 특성상 상대적으로 콘크리트의 내구성을 하락시켜 구조물의 내구수명을 단축시키는 결과를 초래하게 된다.
플라이애시는 본 발명을 통해 개발하고자 하는 고기능성 결합재에서 함유량이 5~30중량% 범위가 바람직한데, 일반적으로 플라이애시는 그 자체로는 수경성이 없으나, 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 서서히 반응하여 안정된 불용성화합물을 생성하여 경화하는 성질이 있으므로, 콘크리트의 수화열 감소 효과 및 장기강도 발현을 위해 본 발명에서 제시한 사용범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
고로슬래그 미분말은 제철소에서 발생하는 부산물로써, 본 발명에서 사용되는 것은 미세하게 분쇄하여 분말도는 브레인(blaine) 비표면적으로 4000~5000 ㎠/g이며, 함유량은 30~80중량%이어야 한다. 일반적으로 고로슬래그 미분말은 플라이애시에 미치지 못하지만 어느 정도의 수화열 저감효과를 가지며, 잠재수경성에 의해 플라이애시보다 우수한 강도발현을 한다. 본 발명에서는 함유량이 30중량% 이하일 경우, 결합재 중 시멘트의 수화반응에 의한 과도한 수화발열에 의해 콘크리트의 내외부 온도차가 증가하여 구조물의 온도균열이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 함유량이 80중량%를 초과하면, 콘크리트의 초기강도 발현 저하로 인한 시공 상에 문제가 발생할 뿐만 아니라, 콘크리트의 타설 온도가 높을 경우 고로슬래그미분말의 특성상 고온에서 급격한 수화반응을 일으켜 콘크리트의 내부온도를 급격하게 상승시키는 작용을 할 수 있는 문제점이 있다.
시멘트 제조공정에서 발생하는 클링커 더스트는 클링커의 조합원료 분쇄과정 중에 발생하는 미분과 킬른(kiln) 내 투입된 조합원료 중 예열기(Preheater)를 통해 고온 공기의 배출시 동반되어 배출되는 미분을 포집한 것으로 80중량% 이상이 석회석이며, 그 외 조합원료의 미분으로 구성되어 있다.
클링커 더스트의 브레인(blaine) 비표면적은 8,000~12,000 ㎠/g 범위가 바람직한데, 이는 미세한 클링커 더스트 입자가 콘크리트 경화제 중에서 필러작용을 하여 콘크리트의 장기강도 발현에 우수한 효과를 나타내기 때문이다. 클링커 더스트 중 SO3 함량은 2~5중량%가 바람직한데 SO3는 삼형무수석고 형태로 존재하여 보통포틀랜드 시멘트의 초기반응을 제어하고 고로슬래그 미분말의 반응성을 촉진시켜 잠재수경성을 발휘하게 하는 바, 2중량% 이하일 경우 그 효과가 미미하며, 5중량% 이상일 경우 보통포틀랜드 시멘트의 반응을 과도하게 지연시키는 문제점이 발생하게 된다. 또한, K2O와 Na2O는 강알칼리로 본 발명에 포함된 고로슬래그 미분말과 플라이애시의 잠재수경성 및 포졸란 반응을 촉진시켜 결합재의 강도발현에 우수한 작용을 하게 된다. 이때 K2O 및 Na2O의 총함량이 1중량% 이하일 경우 반응성 촉진효과가 미미하며, 5중량% 이상이면, 알칼리의 특성상 빠른 용해도로 인해 콘크리트의 작업성 저하 및 급속한 초기강도 발현에 의한 장기강도 발현 저하현상을 유발하게 된다. 이상의 클링커 더스트는 조합물 중 1~10% 수준으로 함유되어야 하는데 1중량% 이하이면, 그 효과가 미미하며, 10중량% 이상일 경우에는 고미분말로 인한 흡수율 증가로 콘크리트의 단위수량이 증가하여 강도저하의 원인이 될 수 있다.
칼슘설포알루미네트계 화합물은 이형무수석고와 반응하여 에트린자이트(ettringite)를 생성하게 되는데 에트린자이트는 침상형 결정으로 콘크리트 조직을 치밀하게 하여 강도발현에 우수한 효과를 나타내게 된다. 본 발명에서는 상기 혼합물을 칼슘설포알루미네이트계 화합물 20~50중량%, 황산칼슘 50~80중량%로 혼합하는 것이 바람직한데, 이형무수석고로 존재하는 황산칼슘은 상대적으로 용해도가 낮아 초기강도발현에 우수한 효과를 나타내는 바, 50중량% 이하일 경우 에트린자이트 생성이 부족하여 강도발현이 미흡하고, 80% 이상일 경우 과도한 응결지연효과로 인해 콘크리트의 초기강도발현에 악영향을 미치게 된다. 상기 화합물이 1중량% 이하일 경우 강도발현에 필요한 에트린자이트 생성량 부족으로 강도발현 효과를 나타낼 수 없으며, 10중량% 이상일 경우 과도한 에트린자이트 생성에 의한 팽창압 증가로 콘크리트의 부피팽창을 유발하여 구조물의 내구성에 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명에서는 소석회를 1~5중량%로 포함하여야 하는데 소석회는 물과 반응시 Ca 이온을 방출하여 산업부산물인 고로슬래그 미분말과 플라이애시의 반응을 촉진시켜 장기강도 발현에 주요한 역할을 하게 된다. 이때, 소석회가 1중량% 이하일 경우 Ca 이온의 부족으로 장기강도 발현이 어렵고, 5중량% 이상일 경우 소석회의 빠른 반응성으로 인해 콘크리트의 작업성 저하 및 수화열 발생 증가를 초래하게 된다.
인산염 마그네시아의 주성분은 산화마그네시아와 제 1인산염암모늄으로 산-염기반응에 의해 보통포틀랜드 시멘트와 유사한 안정성 및 압축강도를 발현하는 경화물을 생성하는 조강형 결합재이다. 특히, 불용성화합물인 중금속 이온의 고정화 및 안정화에 탁월한 효과가 있고, 시멘트와 달리 강알칼리성을 띠지 않아 친환경 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다. 본 발명의 결합재 조성물에서는 인산염 마그네시아를 1~3중량% 범위로 포함하여 보통포틀랜드 시멘트 함량 부족으로 인한 초기강도 저하를 개선하여 콘크리트의 조기경화에 의한 공기단축에 기여할 수 있는데, 1중량% 이하를 포함할 경우 그 효과가 미미하며, 3중량% 이상 포함하게 되면, 인산염 마그네시아의 급속한 반응에 의해 작업성 하락 및 가응결로 인한 강도발현 저하현상이 발생하게 된다.
본 발명에서는 다양한 중량비로 보통포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 클링커 더스트, CSA, 이형무수석고, 소석회 및 인산염 마그네시아를 혼합한 콘크리트용 결합재 조성물을 제조(표 1 참조)하였다. 그리고, 이들의 압축강도 발현 특성(표 2 참조)을 조사한 결과, 시멘트 함량 감소에도 불구하고 통상적인 조성물에 비해 우수한 초기강도 발현과 유사한 장기강도 발현을 나타낸다. 클링커 더스트 및 칼슘설포알루미네이트 화합물과 이형무수석고의 비율이 결합재 조성물의 성능 발휘에 중요한 역할을 한다. 각 결합재별 수화발열 특성을 검토한 결과(표 4 및 도 1 참조), 본 발명에 속하는 조성물은 통상적인 조성물에 비해 낮은 수화발열 특성을 나타낸다. 또한, 콘크리트 특성에 있어서, 본 발명의 조성물은 슬럼프가 향상되어 우수한 작업성을 나타내고, 콘크리트 압축강도(도 3 참조)에서도 우수한 조강특성을 발현한다. 콘크리트 내구성 평가는 각 결합재의 염분확산계수를 산출하여 평가하였는데(도 4 참조), 본 발명의 조성물이 에트린자이트의 조직치밀화로 낮은 염분확산계수를 나타내어 우수한 내구성능을 발현한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따를 결합재 조성물은 비소성 물질을 다량 포함하여 시멘트 사용량을 최소화함으로서 시멘트 제조시 발생하는 CO2 발생량을 억제함에 따라 환경보존에 주요한 역할을 하며, 시멘트 제조공정에서 발생하는 산업부산물인 클링커 더스트와 소석회 및 칼슘설포알루미네트 화합물과 이형무수석고의 혼합물 그리고, 조강특성을 발휘하는 인산염 마그네시아를 사용하여 시멘트 사용량 감소에 따른 콘크리트 강도저하를 큰 폭으로 개선하고, 콘크리트 작업성 개선에 의한 시공성 향상과 수화발열량 감소 및 염분 차폐성 증가와 같은 내구성 향상을 통해 고품질의 콘크리트를 제조하는데 탁월한 기여를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 및 3, 비교예 1~3에 대한 각 결합재별 수화발열 특성을 비교한 그래프로서, 20℃, W/B 50% 조건으로 72시간동안 미소수화열을 측정한 것이고,
도 2는 실시예 1~3, 비교예 2~4에 대한 각각의 콘크리트 슬럼프(slump) 특성을 비교한 그래프이고,
도 3은 실시예 1~3, 비교예 2~4에 대한 각각의 콘크리트 압축강도를 비교한 그래프이고,
도 4는 실시예 1~3, 비교예 2~4에 대한 각각의 콘크리트 염분확산계수를 비교한 그래프이다.
도 2는 실시예 1~3, 비교예 2~4에 대한 각각의 콘크리트 슬럼프(slump) 특성을 비교한 그래프이고,
도 3은 실시예 1~3, 비교예 2~4에 대한 각각의 콘크리트 압축강도를 비교한 그래프이고,
도 4는 실시예 1~3, 비교예 2~4에 대한 각각의 콘크리트 염분확산계수를 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 10> 콘크리트용 결합재 조성물의 구성비
하기 표 1은 본 발명에 속하는 실시예와 비교예의 분체 혼합 비율을 나타내고 있다.
| 분체 배합 조건 (wt%) | |||||||||
| 보통포틀랜드시멘트 | 고로스르래그미분말 | 플라이애시 | 클링커더스트 | CSA | 이형무수석고 | 소석회 | 인산염 마그네시아 | 석회석 | |
| 실시예 1 | 10 | 54 | 20 | 5 | 1 | 4 | 5 | 1 | |
| 실시예 2 | 10 | 54 | 20 | 5 | 2 | 3 | 5 | 1 | |
| 실시예 3 | 20 | 56 | 10 | 5 | 1 | 4 | 3 | 1 | |
| 실시예 4 | 20 | 46 | 20 | 5 | 2 | 3 | 3 | 1 | |
| 비교예 1 | 100 | ||||||||
| 비교예 2 | 40 | 40 | 20 | ||||||
| 비교예 3 | 30 | 40 | 30 | ||||||
| 비교예 4 | 10 | 70 | 20 | ||||||
| 비교예 5 | 20 | 60 | 20 | ||||||
| 비교예 6 | 10 | 60 | 20 | 5 | 2 | 3 | |||
| 비교예 7 | 20 | 55 | 20 | 5 | |||||
| 비교예 8 | 10 | 54 | 20 | 2 | 3 | 5 | 1 | 5 | |
| 비교예 9 | 10 | 65 | 20 | 1 | 4 | ||||
| 비교예 10 | 10 | 60 | 20 | 3 | 2 | 5 | |||
<시험예 1> 압축강도 발현 특성 평가
상기 실시예 1~4를 통하여 본 발명에 속하는 고기능성 결합재 조성물의 압축강도 발현 특성을 KS L ISO 679에 준하여 비교예 1~8과 비교평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
| 모르타르 압축강도 (MPa) | |||
| 1일 | 3일 | 28일 | |
| 실시예 1 | 8.3 | 22.6 | 42.1 |
| 실시예 2 | 8.9 | 21.4 | 41.5 |
| 실시예 3 | 6.0 | 25.3 | 49.2 |
| 실시예 4 | 5.7 | 24.2 | 48.4 |
| 비교예 1 | 17.5 | 34.1 | 58.3 |
| 비교예 2 | 7.0 | 19.3 | 55.6 |
| 비교예 3 | 4.9 | 14.6 | 46.9 |
| 비교예 4 | 4.3 | 11.2 | 30.7 |
| 비교예 5 | 4.2 | 13.2 | 44.9 |
| 비교예 6 | 8.6 | 16.9 | 29.9 |
| 비교예 7 | 3.1 | 16.1 | 44.1 |
| 비교예 8 | 6.9 | 18.4 | 27.3 |
| 비교예 9 | 5.5 | 18.9 | 29.5 |
| 비교예 10 | 1.9 | 13.3 | 34.0 |
그 결과, 본 발명의 실시예의 경우 조강 특성을 발휘함에 따라 재령 3일에서 20 MPa 이상의 초기강도를 발현하여 재령 28일는 40 MPa 이상의 강도를 발현하고 있어, 최근 일반적으로 저발열 혼합시멘트로 사용되는 비교예 2와 3에 비해 우수한 초기강도 발현을 나타내었다. 아울러, 시멘트 함량 감소에도 불구하고 장기강도 발현에서도 유사수준의 결과를 나타내고 있었다. 또한, 비교예 4~10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 결합재 조성 범위를 벗어날 경우, 초기강도 발현 저조 및 시멘트 함량 부족에 따른 장기강도 발현 감소로 본 발명에서 얻고자 하는 압축강도 발현 성능을 얻지 못하는 것으로 확인할 수 있었다.
<시험예 2> 클링커 더스트 성분 및 특성
하기 표 3은 본 발명에 사용되는 클링커 더스트와 동일 브레인(blaine) 분말도 수준의 석회석 미분말의 화학성분을 나타내고 있다.
| 화학성분(중량비) | 분말도 (㎠/g) |
|||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O | 강열 감량 |
||
| 클링커 더스트 |
10.06 | 3.92 | 2.59 | 38.59 | 2.73 | 2.00 | 3.67 | 0.28 | 36.24 | 10,000 |
| 석회석 미분말 |
1.10 | 0.56 | 0.06 | 54.76 | 0.30 | 0.28 | - | - | 40.83 | 10,000 |
클링커더스트 대신에 석회석 미분말을 사용한 비교예 8의 경우, SO3 및 알칼리 함량 부족으로 장기강도 발현이 저조한 결과를 나타내었다. 따라서, 클링커 더스트의 화학조성이 결합재 조성물의 성능 발휘에 중요한 역할을 하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 비교예에는 기재하지 않았지만 칼슘설포알루미네이트 화합물과 이형무수석고의 비율이 본 발명의 조성범위를 벗어났을 경우, 이형무수석고의 부족으로 인한 에트린자이트(ettringite; 수화광물) 생성량 부족으로 강도발현이 저조한 결과를 나타냄을 확인하였다.
<시험예 3> 수화발열 특성 평가
각 결합재별 수화발열 특성을 검토하고자 20℃, W/B 50% 조건으로 72시간 동안 미소수화열을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4 및 도 1에 나타내었다. 보통포틀랜드시멘트를 100중량% 사용한 비교예 1은 260 J/g의 높은 수화발열량을 나타내었다. 또한, 일반적 저발열 혼합시멘트인 비교예 2와 3은 140 J/g 이상의 수화발열을 나타내는 반면에 본 발명에 속하는 실시예 1과 3은 140 J/g 수준 이하의 수화발열 특성을 나타내었다. 따라서, 콘크리트의 수화열을 제어하는데 일반 저발열 혼합시멘트에 비해 본 발명의 조성물은 우수한 성능을 발휘하는 것을 확인할 수 있었다.
| 배합명 | 실시예 1 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 72시간 누적수화열 (J/g) |
133.04 | 140.49 | 266.71 | 152.30 | 141.49 |
<시험예 4> 콘크리트 특성
상기 결합재를 이용하여 제조한 콘크리트 배합은 하기 표 5와 같다.
| 배합명 | W/B (%) |
S/a (%) |
Binder (kg/m3) |
WR제 (kg/m3) |
slump (mm) |
Air (%) |
콘크리트 압축강도 (MPa) | ||
| 3일 | 7일 | 28일 | |||||||
| 실시예 1 | 47.9 | 47.0 | 334 | 2.75 | 190 | 4.0 | 11.7 | 21.6 | 28.3 |
| 실시예 2 | 190 | 4.1 | 12.2 | 20.9 | 27.9 | ||||
| 실시예 3 | 200 | 4.3 | 11.2 | 21.1 | 31.6 | ||||
| 비교예 2 | 180 | 4.7 | 9.8 | 16.9 | 30.5 | ||||
| 비교예 3 | 170 | 4.3 | 6.8 | 14.5 | 26.7 | ||||
| 비교예 4 | 200 | 4.2 | 5.7 | 12.7 | 20.7 | ||||
콘크리트 작업성의 경우 도 2에 나타낸 바와 같이, 동일한 단위수량과 혼화제량을 적용하였을 때, 본 발명의 실시예가 다양한 비교예에 비해 슬럼프가 향상되는 결과를 보이며 우수한 작업성을 발현하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 콘크리트 압축강도의 경우 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예가 우수한 조강특성을 발현하면서 비교예에 비해 재령 3일에서 3~4 MPa 수준으로 우수한 결과를 나타내고 있으며, 재령 28일에서는 일반 저발열 혼합시멘트인 비교예 2~3에 비해 동등 이상의 강도발현 특성을 나타내고 있음을 확인하였다.
콘크리트 내구성 평가는 NT Build 492 시험방법에 준하여 각 결합재의 염분확산계수를 산출하여 평가하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 고미분말의 산업부산물을 다량 함유한 혼합시멘트가 보통포틀랜드 시멘트보다 초기부터 낮은 염분확산계수를 나타내고 있으며, 특히 초미분말의 클링커 더스트와 칼슘설포알루미네이트 화합물 및 이형무수석고 혼합물이 첨가된 실시예 1~2가 클링커 더스트의 필러작용과 혼합물에 의해 생성된 에트린자이트의 조직치밀화로 비교예 2~3 보다도 낮은 염분확산계수를 나타내며 우수한 내구성능을 발현하고 있음을 확인하였다.
한편, 본 발명의 구체적 범위는 상기 기술한 실시예 보다는 특허청구범위에 의하여 한정지어지며, 특허청구 범위의 의미와 범위 및 그 등가적 개념으로 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태를 본 발명의 범위로 포함하여 해석하여야 한다.
Claims (4)
- 보통포틀랜드 시멘트(portland cement) 10~20중량%, 고로슬래그(blast furnace slag) 미분말 30~80중량%, 플라이애시(fly ash) 5~30중량%, 소석회 1~5중량%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO?3Al2O3?SO3)계 화합물(CSA)과 이형무수석고(CaSO4)를 포함하는 혼합물 1~10중량%, 클링커 더스트(clinker dust) 1~10중량% 및 인산염 마그네시아(magnesia) 1~3중량%를 포함하는 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 CSA와 이형무수석고의 중량비는 1: 1~4인 것을 특징으로 하는 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 클링커 더스트의 브레인(blaine) 비표면적은 8,000~12,000 ㎠/g, SO3 함량은 2~5중량%, K2O+Na2O 함량은 1~5중량%인 것을 특징으로 하는 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 결합재 조성물은 초기 재령 3일 후 누적수화열이 150 J/g 이하이고, 모르타르 압축강도가 재령 3일에서 20~30 MPa, 재령 28일에서 40~60 MPa 범위인 것을 특징으로 하는 조강 특성을 발휘하는 CO2 저감형 고기능성 콘크리트용 결합재 조성물.
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| KR20100124385A KR101201924B1 (ko) | 2010-12-07 | 2010-12-07 | 조강 특성을 발휘하는 이산화탄소 저감형 고기능성 결합재 조성물 |
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